并联电池模块的热电特性实验研究

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由于其高效率与低排放,使用锂离子电池作为动力源的电动汽车有望取代以化石燃料作为能源的内燃机汽车。电动汽车的普及将有效解决全球变暖和空气污染等重大社会问题。作为电动汽车的核心部件,锂离子电池的一个关键问题就是老化及其伴随的功率、能量密度降低。已有研究表明,温度、电荷状态(SOC)、充放电倍率是影响锂离子电池老化进程的主要因素。在电动汽车中,锂离子电池以成组方式使用。由于电池之间存在着不一致性,且各个电池所处的位置不一样,因此造成了不同电池承受不同的载荷与热环境,势必使得不同电池的老化存在不一致性。本论文研究了电池不一致性以及热效应对电流分布不均匀特性的影响,通过设计一个两枚电池并联的实验模组来探究在不同的工况(充放电倍率、温度等)下电流分布的变化。首先,本实验优先探究了电池内阻对并联电池组电流分布的影响的重要性。并提出并比较了五种不同的方法。其次,不同负载、温度等工况也会对电池组产生不同的影响,实验亦探究了在不同的热边界条件和内阻下并联电池组的电流分布的差异。在此研究中,对于并联电池组,通过考察单体电池的内阻、初始开路电压和热边界条件的差异来探究这些因素对电池组电流分布的影响。首先,研究测定了单体电池的内阻。由于内阻对并联电池组的电流分布有着重要作用,本研究应用并比较五种不同的内阻测量方法。第二,研究改变了电池组的加载电流和环境温度等工况,分别考察单体电池内阻、达到SOC平衡所需时间和热边界条件对电池组的影响。研究发现并联电池组的电流分布受三个主要因素影响:(1)并联电路中每个支路的电阻差异,其中包括单体电池的内阻和接触电阻;(2)单体电池的开路电压(OCV)差异,取决于其SOC和温度和(3)由于在电池组中的位置不同,单体电池本身的温度差异。为了尽量减少并联电池组的电流分布和SOC差异,我们考察了以下因素的影响:1)连接导线电阻:用具有相同的长度的银导线取代铜导线,电池组充放电过程的SOC和电流分布的差异减小;2)单体电池之间的初始开路电压差异:每次充放电循环结束后,静置时长增加致13小时,下一次充放电循环中的电流和SOC的分布差异减小;3)通过改善电池组的热环境的一致性,可以消除该电池组各部分由于包裹条件不同而导致的巨大的电流分布差异。我们期待,在此处获得的结论也能够适用于有更多电池的模组中。
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